Développement et caractérisation d'une puce à cellules pour le criblage d'agents toxiques

Development and characterization of a microfluidic cell biochip for in vitro toxicity analysis

• Auteur / Autrice : Régis Baudoin
• Direction : Éric Leclerc
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Bio-ingénierie, biomécanique, biomatériaux
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Compiègne

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microtechniques

Microfluidique

Toxicologie

Criblage pharmacologique

Multiplication in vitro

Cultures cellulaires

Bioréacteurs

Biopuces

Mots clés libres

C3a

Mdck

Cyp 1a

Modélisation in vitro

Toxicité

Résumé

Les développements actuels liés à l’ingénierie tissulaire et aux microtechnologies permettent aujourd’hui de proposer de nouveaux outils de criblages in vitro pour les études de toxicité. Nous proposons de développer une biopuce à cellules mimant un organe in vitro. Afin de valider notre approche, nous présentons l’influence du microenvironnement sur la culture de lignées cellulaires rénales (MDCK) et hépatiques (HepG2/C3A). Dans cette étude, nous avons testé trois débits (0, 10 et 25 µL/min) et trois ensemencements cellulaires. Enfin, nous avons soumis notre biopuce à trois chargements de chlorure d’ammonium (0, 5 et 10 mM) afin de démontrer le potentiel de ce modèle pour de futures applications liées à la toxicité. L’activité cellulaire en biopuce a été suivie par la prolifération des cellules, les consommations de glucose et de glutamine, les productions d’albumine et d’ammoniac et enfin, par l’activité enzymatique de détoxification des CYP 1A. En condition dynamique, il a été observé une augmentation des consommations et des productions cellulaires au regard des conditions statiques. L’activité de détoxification des CYP 1A a été également accrue. En présence du chlorure d’ammonium les réponses cellulaires furent similaires en biopuce au regard des conditions de culture standard en Pétri. De plus, le chlorure d’ammonium a semblé induire l’activité des CYP 1A en biopuce. Par cette étude, nous montrons la pertinence de notre biopuce pour des tests de toxicité in vitro en condition dynamique. Ce nouveau modèle de culture cellulaire in vitro pourra à terme être applicable aux études de criblages dans les industries chimiques, pharmaceutiques et cosmétiques.

Current developments in tissue engineering and microtechnology fields allowed proposing new pertinent tools to investigate in vitro toxicity. We propose the development of a cellular microchip that mimics organs in vitro. To validate our approach, we showed the pertinence of the microchip environment with the culture of a renal cell line, the Madin Darby Canine Kidney (MDCK) and a human hepatic cell line, the HepG2/C3A. In this study, we tested three flow rates (0, 10 and 25 µL/min) at three inoculated cell densities. Then, we tested our microchip with three ammonium chloride loadings (0, 5 and 10mM) in order to demonstrate its potential for future toxicity experiments. The cellular activities were monitored by the cell proliferation rates, the glucose and glutamine consumptions, albumin and ammonia productions and by the detoxication via the CYP 1A activity. In dynamic condition, the cellular activities in term of consumptions and productions were higher in the microchip than in static conditions. More especially, the detoxication activity of the CYP 1A was found higher. The toxicity analysis with the chloride ammonium showed similar tendencies in the microchip and in Petri standard culture conditions (reduction of proliferation. However, the ammonium chloride seemed induce a higher CYP 1A activity in the microchip. By these investigations, we showed the pertinence of the utilization of our microchip for in vitro dynamic toxicity testing. The targeted industries of this new in vitro cell culture model are the chemical, pharmaceutical and cosmetic industries.